Die Refugien der Methanfresser - Max-Planck

Umwelt_Sensible Methanfresser
Die Refugien der Methanfresser
Methan oxidierende Bakterien spielen eine bedeutsame Rolle für unser Klima.
Wie wichtig der Schutz jener Biotope sein könnte, die eine Heimstatt für diese Mikroben
sind, machen Forschungsarbeiten im europäischen Projekt METHECO deutlich.
TEXT KLAUS WILHELM
U
nter ihm nur das Moor. Und
die Brücke, „die wir selbst
gebaut haben“, sagt Peter
Frenzel. Der Professor vom
Marburger Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie robbt
sich über das hölzerne Provisorium in
den Weiten des estländischen Hochmoors an einen sieben Meter langen
Baumstamm heran, „den mein Kollege
Edgar Karofeld und ich im Jahr zuvor
versenkt haben“ und der verlässlich genug erscheint, um als Befestigung für
den Mikromanipulator herzuhalten.
Das Gerät ermöglicht mechanische Eingriffe an sehr kleinen Objekten oder Organismen, Bakterien zum Beispiel. In
diesem Fall sind es, genauer gesagt, Bakterien, die Methan oxidieren. Sie nutzen Methan in einer exakt definierten
chemischen Reaktion als Kohlenstoffquelle, um Zellmasse aufzubauen und
Energie zu gewinnen.
Solche „Methanoxidierer“ zählen zu
den wenigen Organismen, die im nährstoffarmen Hochmoor – das nur von
Regenwasser gespeist wird – bestens ge-
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deihen. Am Mikromanipulator klemmt
eine Elektrode, die den Sauerstoffgehalt
des Biotops ermittelt. „Der Sauerstoffgehalt“, doziert der agile Frenzel mit
Verve, „verrät viel über die Prozesse, die
dort unten ablaufen.“ Über die Kurve
des Sauerstoff-Profils kann der Marburger Mikrobiologe exakt erkennen, wie
tief der Sauerstoff in den Bodenschichten reicht. An der Grenze zwischen der Welt mit und ohne Sauerstoff
beginnen die Methanverwerter mit ihrem Werk.
METHANVERWERTER SORGEN
FÜR KLIMASCHUTZ
Ein wichtiges Werk! Denn die Methanoxidation durch Bakterien ist „global
bedeutend“, bringt es der Leiter der Arbeitsgruppe für Biogeochemie auf den
Punkt. Nicht von den Bakterien umgesetztes Methan entweicht nämlich aus
dem Boden in die Atmosphäre und
wirkt dort als stärkstes Treibhausgas
überhaupt. Nicht zuletzt deshalb haben
Frenzel und neun weitere europäische
Forscherteams vor drei Jahren das Projekt METHECO aus der Taufe gehoben,
dessen Förderung 2009 ausläuft. Ziel:
Die Methanoxidation in typischen
Ökosystemen Europas als Modell für
Lebensgemeinschaften von Bakterien
zu beschreiben, die Dynamik der Prozesse zu erfassen und die mikrobielle
Diversität der Methanoxidierer zu begreifen; das Ganze basierend auf neuester Methodik inklusive molekularbiologischer Verfahren.
„Wir hatten zwar bedingt durch bürokratische Hindernisse einen schleppenden Start“, sagt Frenzel, „doch inzwischen sind wir im Verständnis der
Methanoxidation einige Schritte weiter
gekommen.“ Zumindest eine entscheidende Stellschraube des Prozesses haben die Marburger Forscher besser beschreiben können als je zuvor: den
Nährstoff Stickstoff. Und sie sind mit
ihren aufwendig gestalteten Experimenten einer Nahrungskette auf die
Spur gekommen, in deren Zentrum die
Bakterien und sogenannte eukaryotische Einzeller wie etwa Amöben ste-
UMWELT & KLIMA_Methanfresser
Fotos: MPI für terrestrische Mikrobiologie
Methanoxidierer – das sind Bakterien, die in ihrem Stoffwechsel Methan
verarbeiten können – zählen zu den wenigen Organismen, die im
nährstoffarmen Hochmoor bestens gedeihen. In den Mooren Estlands
lassen sich erstaunlich hohe Raten an Methanoxidation beobachten.
hen. Schließlich zeichnet sich ab, dass
Ökosysteme mit Methanoxidierern unterschiedlich robust sind – abhängig
von geografischer Breite, Methankonzentration und anderen Faktoren. Frenzels ehemaliger Mitarbeiter Paul Bodelier hat sich infolge dieser Erkenntnisse
ein neues Ziel auf die Fahnen geschrieben: Einige für das Klima so bedeutende
Biotope mit Methanverwertern, wissenschaftlich auch „Methanotrophe“ genannt, so zu schützen wie Biotope mit
wichtigen Pflanzen oder Tieren.
Erstmals im 18. und 19. Jahrhundert
von Allessandro Volta und John Dalton
wissenschaftlich beschrieben, ist Methan ein Gas aus der Gruppe der sogenannten Kohlenwasserstoffe. Doch
schon die Alchimisten des Mittelalters
kannten Methan als Fäulnisgas unter
der Bezeichnung Sumpfluft. 1856 stellt
der Franzose Marcellin Berthelot Methan erstmals im Labor her. 1906 dann
entdeckte der niederländische Biologe
Nicolaas Louis Söhngen Bakterien, die
Methan produzieren. Inzwischen ist
klar: Das Gas entsteht immer dann,
wenn bestimmte Mikroorganismen organisches Material zersetzen. Weltweit
werden schätzungsweise jährlich 500
Millionen Tonnen Methan emittiert.
NASSREISFELDER HEIZEN
DAS TREIBHAUS AUF
Eine vom Menschen verursachte Methanquelle gewinnt dabei immer mehr
an Bedeutung: die Rinderhaltung. Bakterien in Magen und Darm dieser Wiederkäuer erzeugen das Gas. Die größten
Methanquellen sind allerdings Feuchtgebiete – etwa Moore, vor allem aber die
vom Menschen angelegten Nassreisfelder, deren Verbreitung stetig zunimmt. Hier finden Methan erzeugende
Bakterien oder ihnen verwandte Einzeller, die Archaeen, beste Bedingungen.
Und das heißt: kaum Sauerstoff. So dominieren im Schlamm von überschwemmten Reisfeldern die Methanproduzenten und geben das massenhaft
hergestellte Gas an die Atmosphäre ab.
Etwa 90 Prozent des Methans verlässt
den schlammigen Reisfeldboden durch
die Reishalme, die restlichen zehn Prozent steigen als Gasblasen auf. In der Atmosphäre wirkt Methan als Treibhausgas etwa 20-mal stärker als das weitaus
häufiger vorkommende Kohlendioxid.
Die Crux: Aus Reisfeldern und allen
anderen methanhaltigen Umwelten
würde noch mehr Gas entweichen,
wenn die Methanoxidierer das Gas
nicht quasi futtern würden. „Diese Mikroben funktionieren wie ein Biofilter,
der nur eine gewisse Menge Methan
durchlässt“, betont Peter Frenzel. In
manchen Sedimenten fangen die Einzeller bis zu 95 Prozent des gebildeten
Methans ab, „im Reisfeld weniger, so
um die 20 bis 30 Prozent.“ Aber immerhin. Welche Faktoren den Prozess kontrollieren und wie sie mit der mikrobiellen Biodiversität zusammenhängen,
sind für Frenzel einige der großen Fragen. Und wie stabil diese so wichtigen
Ökosysteme der Methanoxidierer gegenüber Störungen sind.
Diese Aspekte standen und stehen
unter anderem im Fokus des METHECOProjektes, das auf das Thema Biodiver-
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Für Peter Frenzel ist das Studium der Methanverwerter alles andere als einfach.
Hier muss der Mikrobiologe über ein hölzernes Provisorium robben, um Proben aus
einem estländischen Hochmoor entnehmen zu können.
sität abzielt. Ein Schlagwort, das in Wissenschaft und Umweltpolitik en vogue
ist. Der Verlust von Arten und die damit
oft einhergehende Störung wichtiger
biologischer Prozesse gelten als eines
der Themen unserer Zeit. „Biodiversität
wird fast als Allheilmittel für die Umweltprobleme gepriesen“, spöttelt Frenzel mit dem Blick des nüchternen Skeptikers. Flora und Fauna stehen unter
minutiöser wissenschaftlicher Beobachtung und werden in Zahlen und Gleichungen und Indices gepresst – oft unkritisch und ausufernd, bei gleichzeitig
hohen Erwartungen der Politik.
Hinzu kommt: Derlei Biodiversitätskonzepte aus Zoologie und Botanik werden in der Mikrobiologie wohl nicht
greifen. Denn viele mikrobielle Prozesse,
etwa die Kohlenstoffmineralisation, erledigen dermaßen viele Bakterien-Gruppen, dass sich wahrscheinlich niemals
eine Beziehung zwischen einer Artenvielfalt und dem Prozess herleiten lässt.
Darin stimmten internationale Experten
jüngst bei einer Konferenz weitgehend
überein. Viel sinniger sei es, für Diversitäts-Projekte einen bestimmten Prozess
wie die Methanoxidation herauszugreifen, hinter dem eine überschaubare Diversität steht. „Dann haben wir eine gewisse Chance, einiges Grundsätzliches
zu lernen“, sagt Frenzel. „Für uns ist die
Identität der für einen Prozess entscheidenden Arten wichtiger als die Gesamtzahl der Arten überhaupt.“
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Stichwort Art: Die Definition einer Art
ist bei Mikroorganismen ein zusätzliches Problem. Noch immer sind sich
die Experten nicht einig, welche Merkmale aus Genetik und Stoffwechsel der
Bakterien sie für die Abgrenzung verschiedener Arten heranziehen sollen.
Derzeit orientiert sich zumindest ein
Teil der Fachleute an den Unterschieden in der sogenannten 16S-rRNA
(ribosomale Ribonukleinsäure) der Mikroben. Dabei handelt es sich um einen
Baustein der Ribosomen, also der Eiweißfabriken des Einzellers.
BAKTERIEN MIT VORLIEBE FÜR
BESONDERE BIOTOPE
Angesichts all dessen verwundert nicht,
dass Mikroorganismen im Biodiversitätshype bislang weitgehend fehlen.
Obwohl sie einen wesentlichen Teil der
Biomasse und Biodiversität auf unserem
Planeten bilden und eine entscheidende Rolle in der Biogeochemie und
damit in der Funktionalität der Ökosysteme spielen, werden sie in Umweltforschungsprogrammen und in den
Debatten um den globalen Wandel
weitgehend missachtet. „Es ist schwer,
da ein Bein auf den Boden zu kriegen“,
klagt Frenzel. Auch, weil mikrobielle
Gemeinschaften den Ruf genießen,
unauslöschbar zu sein – scheinen sie
doch überall präsent und extrem widerstandsfähig gegenüber Störungen zu
sein. Vielfach ist das allerdings mehr
Wunschdenken als Realität. Befeuert
durch neue molekularbiologische Untersuchungstechniken, finden Mikrobiologen in den wenigen untersuchten
Fällen, dass mikrobielle Gemeinschaften bestimmte Biotope bevorzugen und
sich eben nicht wahllos über die Erde
verstreuen.
Sogar die eigentlich hoch flexiblen
Lebensgemeinschaften von Bodenmikroben lassen sich empfindlich durch
die Landwirtschaft stören, was zu einer
Art „genetischer Erosion“ der Mikroorganismen führen kann, die wiederum
die Stabilität des gesamten Systems beeinträchtigt. Mehr noch: Bestimmte
Gruppen von Mikroorganismen mit eingeschränkten Lebensräumen steuern
viele wichtige Umweltprozesse. „Sind
die Ökosysteme einmal gestört, dauert
die Erholung solcher mikrobieller Lebensgemeinschaften unter Umständen
Jahrzehnte“, fürchtet der Marburger Experte. Selbst wenn sich ein Ökosystem
letztlich erholt, kann trotzdem unumkehrbarer Schaden entstanden sein. Angesichts all dessen und des mangelnden
Wissens war ein wegweisendes Projekt
wie METHECO überfällig.
Und so gehen Frenzel und seine Kollegen aus neun Ländern seit 2006 regelmäßig auf Forschungsexkursion und
nehmen Bodenproben aus verschiedenen Ökosystemen in verschiedenen
Regionen. Sie analysieren Wälder und
UMWELT
UMWELT_Sensible
& KLIMA_Methanfresser
Methanfresser
Wiesen, deren Methanoxidierer das Gas
aus der Luft beziehen; sie beleuchten
die Uferböden des Rheins, natürliche
Feuchtgebiete wie Hochmoore und die
Nassreisfelder. Den Marburger hat es
unter anderem in die Arktis getrieben,
nach Spitzbergen, wo sich internationale Teams die Klinke in die Hand geben:
Europäer, Inder, Chinesen.
Fotos: MPI für terrestrische Mikrobiologie
MIKROBIOLOGEN MÜSSEN
SICH BEWAFFNEN
Die Verhältnisse sind ungemütlich:
Eisige Temperaturen mit harschen Winden, selbst im Juli. Von der KoldeweyStation des Bremerhavener AlfredWegener-Instituts starteten Frenzel und
sein Team täglich zur Arbeit – allerdings
nicht ohne Gewehr. „Mit der Knarre auf
dem Rücken sind wir los“, berichtet er,
„dem Nachfolger-Modell einer alten
98K mit veritablem Rückstoß.“ Erst
Schießtraining, um die Treffsicherheit
zu schärfen, dann Wissenschaft – das ist
Alltag da oben für die Forscher, denn jederzeit können Eisbären den Weg kreuzen, „und im Sprint darf man auch
nicht zurück, weil man dann die Gänse
aufscheucht.“
So sieht man Frenzels Kollegin Mette Svenning mit Gewehr bei Fuß, während der Max-Planck-Forscher den
„stocksteif gefrorenen“ Torf-Boden mit
simpler Ausrüstung bearbeitet und auf
die Pirsch nach Methanoxidierern geht.
Frenzel ist unterwegs mit seinen Mikroelektroden für die Sauerstoffmessung,
einem Sack mit Spritzen und Nadeln
und ein paar Plastikröhren für die Ernte der Mikroben sowie einem eigenen
Gaschromatographen für erste Analysen. Mit den Röhren sticht er in den
mit Wasser gesättigten Torf und zieht
Bodenkerne heraus, die sofort in flüssigem Stickstoff eingefroren und noch
vor Ort nach bakterieller Erbsubstanz
untersucht werden. Flugs nimmt er
noch ein paar Gasproben, um zu sehen, wie sich die Methan-Konzentration
im Boden verändert.
Derlei Daten sind wichtig für die
Auswertung im Labor, die sofort nach
der Rückkehr ins mittelhessische Bergland beginnt. Sie ergab ein klares Bild:
Im Frost gedeihen gerade mal zwei Arten, die Methan verwerten. Nach Frenzels Analysen steht auch fest, dass sie
Methan oxidieren und es somit für die
Erdatmosphäre unschädlich machen:
„Die Burschen sind tatsächlich aktiv.“
Im Vergleich mit den jetzt einlaufenden METHECO-Daten der anderen
Forschergruppen zeigt sich: Die Diversität der Methanoxidierer steigt, je weiter es in den Süden Europas geht. Frenzel erkennt eine artenarme bakterielle
Flora im Arktischen und eine große
Vielfalt im Mediterranen, mit vielleicht
um die 30 Arten. Mit am höchsten
scheint die Diversität in den Nassreisfeldern zu sein. Das ist das eine.
Das andere: Das Artenspektrum der
Gemeinschaften unterscheidet sich abhängig vom Methan-Angebot. Je trockener das Habitat, desto geringer die
Artenvielfalt.
Spannend allerdings erscheint Frenzel
die Situation in den Mooren Estlands,
wo sich trotz der nördlichen Lage hohe
Raten an Methanoxidation beobachten lassen – wiewohl noch nicht klar
ist, wie sich die Biodiversität dort gestaltet. Sie alle setzen Methan um, dessen Konzentration in den verschiedenen Lebensräumen variiert und in
den nassen Habitaten mit am höchsten ist.
AMÖBEN AUF
MIKROBENJAGD
Die Marburger Wissenschaftler haben
die Gemeinschaft der Methanoxidierer
aus einem italienischen Nassreis-Anbaugebiet in den vergangenen Jahren
auch als Teil des METHECO-Projekts,
intensiv beleuchtet. Dabei sind sie
einem Akt von Fressen und Gefressenwerden – sprich einer Nahrungskette –
auf die Spur gekommen. Die Protagonisten: eukaryotische Einzeller (sogenannte Protisten) wie Amöben, Ciliaten
und Flagellaten, die die Methan oxidierenden Bakterien förmlich abgrasen.
Das jedenfalls vermuteten Peter Frenzel
und sein Kollege Jun Murase von der
Universität in Nagoya (Japan). Durch
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Obwohl sie einen wesentlichen Teil der Biomasse und Biodiversität auf unserem Planeten
bilden und eine entscheidende Rolle in der Biogeochemie und damit in der Funktionalität
der Ökosysteme spielen, werden Mikroorganismen in Umweltforschungsprogrammen
und in den Debatten um den globalen Wandel weitgehend missachtet.
ein innovatives Laborexperiment haben
die beiden Wissenschaftler die Nahrungskette jetzt zweifelsfrei nachgewiesen.
Aus Original-Nassreisboden aus Vercelli hat Murase Einzelteile dieses Ökosystems isoliert – den Boden, die Methanoxidierer und etliche eukaryotische
Einzeller. Aus diesen „Komponenten“
hat der Biologe einen künstlichen Mikrokosmos geschaffen, bestehend aus
hauchdünnen Schichten sterilen Bo-
dens und anschließender kontrollierter
Besiedlung mit Methanotrophen und
Protisten. Die biologischen Vorgänge
dieses Ökosystems lassen sich mit neuen
Techniken wie dem RNA stable isotope
probing (SIP) kontrolliert messen. Bei
diesem Verfahren setzen die Biologen
mit schwerem Kohlenstoff markiertes
Methan ein, das die Bakterien verwerten. Nachdem die Protisten wiederum
die Bakterien konsumiert haben, bauen
sie den Kohlenstoff des Methans in ihre
Zellsubstanz ein – und das kann man
nun nachverfolgen.
DIE SUCHE NACH DEN
RELEVANTEN STELLGRÖSSEN
Durch ausgefeilte weitere Methodik haben Murase und Frenzel letztlich ermittelt, welche Bakterien bevorzugt als
Nahrung dienen und wie sich das Ökosystem dadurch verändert – sprich, ob
die Protisten eine entscheidende Stellgröße von Methan oxidierenden Systemen darstellen. Die Ergebnisse sind eindeutig: Die Protisten weiden sich an
den Methanoxidierern und anderen
Mikroben, was die Gemeinschaft der
Bakterien verändert. Doch vor allem bestimmte Amöben bevorzugen bestimmte Gattungen der Methanoxidierer.
„Der Druck durch die grasenden Protisten reguliert die Zusammensetzung des
Ökosystems“, erklärt Frenzel. Die Rate
der Methanoxidation allerdings reduziert sich letzten Endes nicht – auch unter erhöhtem Stress durch die Fressfeinde der Bakterien. „Andere Arten
springen offenbar ein und übernehmen
den Job“, folgert der Mikrobiologe.
Die Forscher haben einen künstlichen Mikrokosmos geschaffen, der aus hauchdünnen Schichten
sterilen Bodens besteht und unter kontrollierten
Bedingungen mit Bakterien und ihren Fraßfeinden
– Amöben und Flagellaten – besiedelt wird.
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Vom Süden zum Norden Europas hin nimmt die Artenvielfalt der Methanoxidierer ab.
Während die Forscher in den Nassreisfeldern Norditaliens bis zu 30 methanothrophe
Bakterienarten finden, reduziert sich ihre Zahl in der Arktis auf zwei.
Die Frage nach den Kontrollfaktoren
für den Prozess Methanoxidation bleibt
damit weiter spannend. Die Protisten
als Stellgröße scheinen jedenfalls aus
dem Rennen zu sein. Jetzt denkt Frenzel in neue Richtungen. Beispielsweise
fixieren die Bakterien das Gas mit
einem Enzym namens Methanmonooxidase, das in zwei Formen vorkommt.
Eine Variante enthält Eisen, die andere
Kupfer. „Es gibt sogar methanotrophe
Bakterien, die ein eigenes Vehikel bilden, um Kupfer aus der Umwelt löslich
zu machen und in die Zelle zu schaffen.“ Könnten also auch bestimmte Mikronährstoffe wie Kupfer den Prozess
der Methanoxidation mit kontrollieren
und limitieren?
Fotos: MPI für terrestrische Mikrobiologie
STICKSTOFFDÜNGUNG MACHT
MANCHEN ARTEN DEN GARAUS
Die Stickstoffversorgung im Boden gilt
hingegen seit Jahren zumindest unter
bestimmten Bedingungen als „eine entscheidende Stellgröße für die Methanoxidation.“ Die methanotrophen Arten
nutzen Stickstoff unterschiedlicher
Form: Manche fixieren Luftstickstoff,
manche assimilieren aber auch den
Stickstoff in Ammonium oder Nitrat, in
Aminosäuren oder Harnstoff. Jetzt sind
die Forscher dabei, den limitierenden
Faktor bei Methanoxidierern aus unterschiedlichen Biotopen genauer zu beleuchten. Etwa aus den Nassreisfeldern
im norditalienischen Vercelli, die die
Marburger Mikrobiologen in- und auswendig kennen. Immer mehr Menschen konsumieren immer mehr Reis
– entsprechend düngen die Bauern
stärker denn je auch mit Stickstoff, um
die Reisernte zu steigern. Was wiederum Folgen haben könnte für die Methanoxidation.
Zunächst zeigte sich, dass Stickstoff
im Übermaß die Methanoxidation behindert. Die Erkenntnis galt als regelrechtes Dogma, ehe Frenzels Team entdeckte: Das stimmt nur bedingt. „Wenn
die viel Methan haben, dann vertragen
die auch verdammt viel Ammonium“,
sagt er, „locker bis zum Hundertfachen.“ Allerdings verschiebt sich bei
Düngung das Spektrum der methanoxidierenden Arten, das heißt, das Ökosystem verändert sich. Matthias Noll,
Peter Frenzel und Ralf Conrad, Direktor am Marburger Max-Planck-Institut,
hatten Reisboden aus Vercelli ins Hessische verfrachtet, einen Teil davon gedüngt, einen anderen nicht, und mit
einer neuen molekulargenetischen
Technik analysiert, die aktive Methanoxidierer sehr genau aufspüren kann.
Nur im gedüngten Boden selektierten sich zwei Bakterien-Gattungen
heraus: Methylomicrobium und Methylocaldum. Alle anderen Arten hatte die
Stickstoff-Flut förmlich platt gemacht.
Ob die Artenverarmung die Methanoxidation sinken lässt, ist noch offen. >
GLOSSAR
Eukaryoten
Lebewesen mit Zellkern und Zellmembran.
Protisten
eukaryotische, ein- bis wenigzellige
Lebewesen wie Algen, Schleimpilze und
Protozoen.
Prokaryoten
Lebewesen, die keinen Zellkern besitzen,
wie beispielsweise Bakterien. Die DNA
befindet sich bei ihnen frei
im Zytoplasma.
16S-rRNA
Die Ribosomen von Prokaryoten enthalten stets drei unterschiedlich große
Moleküle ribosomaler Ribonukleinsäure
(rRNA). Die Größe dieser rRNAs wird
in der Einheit Svedberg angegeben,
daher das „S“.
Schwerer Kohlenstoff
Kohlenstoff hat zwei stabile Isotope,
12
C und 13C, d.h. die Atomkerne haben
eine gleiche Anzahl Protonen, aber eine
unterschiedliche Anzahl von Neutronen,
was zu ungleichen Massenzahlen
führt. Deshalb spricht man bei 13C von
schwerem Kohlenstoff.
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UMWELT & KLIMA_Methanfresser
In der Arktis starten die Max-Planck-Forscher von der Koldewey-Station – benannt nach Carl Koldewey, dem
Leiter der ersten deutschen Nordpolarexpedition im Jahre 1868 – des Alfred-Wegener-Instituts zur täglichen Arbeit.
Die besteht u.a. darin, mit Röhren (vorne) Bodenkerne aus dem mit Wasser gesättigten Torf herauszuziehen.
Insgesamt aber, resümiert der Wissenschaftler, ist das System Methanoxidation zumindest an den meist nassen
Standorten mit hohen Methankonzentrationen „verdammt robust und weitgehend resistent gegen Stress“.
Fotos: MPI für terrestrische Mikrobiologie
DIE SENSIBELCHEN UNTER
DEN METHANFRESSERN
Methanverwerter aus wechselfeuchten
Böden indes scheinen schon anfälliger
zu sein, wie das Max-Planck-Forschungsteam von Werner Liesack festgestellt
hat. Die Mikrobiologen haben einen
Organismus kultiviert, der offenbar ein
völlig neues Enzym für die Methanoxidation besitzt – falls die Methankonzentration im Ökosystem sinken sollte.
Diese Variante des Biokatalysators arbeitet wesentlich effektiver als das meist
verbreitete Enzym für diese Zwecke.
„Damit können die betreffenden Bakterien noch bei niedrigen Methankonzentrationen überleben.“ Zwar liegen
für Methanoxidierer in eher trockenen
Habitaten wie Wald- und Wiesenböden
erst wenige und vorläufige Erkenntnisse vor. Doch nach ersten METHECOAnalysen sind die dortigen Organismen
wohl „echte Sensibelchen“, sagt Frenzel, „eine richtige Stickstoff-Düngung
macht die nieder“.
Es sind derlei Habitate, die nach
Ansicht von Paul Bodelier geschützt
werden sollten. Frenzels ehemaliger Mitarbeiter, jetzt im Niederländischen Institut für Ökologie in Niewersluis, sieht
„gute Gründe, um anzunehmen, dass
solche Methan oxidierenden Ökosysteme zukünftig durch Umweltstressoren
geschädigt werden könnten.“ Der an
METHECO beteiligte Biologe denkt an
Veränderungen des pH-Wertes im Boden
oder an mechanische Störungen. Wenn
Bauern etwa den Boden umpflügen, gerät das empfindliche räumliche Arrangement der Mikroorganismen langfristig
durcheinander. „Ich kann das zwar noch
nicht beweisen, bin aber überzeugt davon, dass die Methanoxidation darunter leidet.“ Ähnlich verheerend könnte
sich eine Stickstoffdüngung dieser Böden auf das Ökosystem auswirken.
Ganz zu schweigen vom Klimawandel und seinen möglichen Folgen wie
zunehmender Trockenheit oder dem
Auftauen des arktischen Permafrostbodens. Niemand kann derzeit sagen, wie
die mikrobiellen Ökosysteme im Permafrost auf diese Veränderung reagieren würden. Immerhin enthält der arktische Permafrost rund 14 Prozent des
weltweiten Boden-Kohlenstoffs, der bei
wärmerem Klima größtenteils als Methan freigesetzt werden könnte. Was
die Klimamodellierung angeht, wertet
Peter Frenzel seine Arbeiten einstweilen als „Grundlagenforschung“. Zwar
spielt die Methanoxidation eine maßgebliche Rolle im Kampf gegen den
Treibhauseffekt. Doch existieren derzeit
nur wenige Klimamodelle, „die diese
komplexen Dinge im Boden und die
möglichen Stellgrößen der Methanoxidation abbilden können.“
PROJEKT
METHECO ist ein internationales Projekt,
das im Rahmen des EuroDIVERSITYProgramms von der European Science
Foundation (ESF) betreut wird.
Projektkoordinator
D Professor Peter Frenzel
Max-Planck-Institut für terrestrische
Mikrobiologie, Marburg
PARTNER
Folgende Partner sind mit individuellen
Projekten an METHECO beteiligt:
D Dr. Paul L.E. Bodelier
Netherlands Institute of Ecology,
Niederlande
D Dr. Levente Bodrossy
ARC Seibersdorf Research GmbH,
Österreich
D Professor Gunnar Börjesson
Swedish University of Agricultural Sciences,
Schweden
D Professor Peter Frenzel
Max-Planck-Institut für terrestrische
Mikrobiologie, Deutschland
D Dr. Geneviève Grundmann
University Claude Bernard – Lyon I,
Frankreich
D Dr. Steffen Kolb
Universität Bayreuth, Deutschland
D Professor Pertti Martikainen
University of Kuopio, Finnland
D Professor J. Colin Murrell
University of Warwick, Großbritannien
D Dr. Werner Liesack
Max-Planck-Institut für terrestrische
Mikrobiologie, Deutschland
D Professor Mette M. Svenning
University of Tromsø, Norwegen
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